如今各大制造商从电池的容量、电耗,卷到电压架构,再到充电速度,近几年电池的充电速度越来越快,充电倍率从2C到4C,再到5C、5.5C,如今有制造商还推出了10C充电倍率的电池,那么充电倍率到底是什么?如何计算?提高充电倍率有何开发难点?存在什么问题?下面我们从技术角度来详细分析。
充电倍率是什么?
电池的充电倍率用单位C来表示,是电池专家用来测量电池完全充电或放电速度的单位,也是锂离子电池中脱锂和锂化的速度。C倍率越高,充电或放电越快。电池的充电倍率额定值以数字加C(例如 1C)或C除以数字(例如 C/10)的形式给出。
其中1C比较简单,用1C来举例,就是电池在给定的电流下,可以在1小时内将电量从0充到100%,1小时充满电就是1C,而2C就是1C的两倍,充电时间减半,就是充电半小时就可以充满,而3C是1C的三倍,充电时间仅为三分之一,20分钟就可以充满,以此类推,10C就是1C的10倍,时间也缩短10倍,仅需6分钟就可以充满。
同样,较低的C倍率意味着充电速度较慢:C/5(或0.2C)比 1C 慢五倍,相当于充满电需要五小时。
如何计算充电倍率C?
计算电池的充电倍率,有两个关键参数:那就是电池容量和电流,电池容量取决于阴极材料,因为它直接决定了可以存储和释放多少锂离子。
方程:倍率C(h -1 ) = 电流 (mA) / 电池容量 (mAh)
电池容量(mAh)=正极材料容量(mAh/g)x正极材料质量(g)
确保所有单位都匹配。如果阴极材料的容量以Ah/g为单位,则电池容量将以Ah为单位。质量单位也是如此。要计算电池的充电倍率,必须考虑施加的电流和电池容量。比如电流为100 mA,电池容量为500 mAh的电池,C倍率 (h -1 ) = 100 mA / 500 mAh = 0.2C
提高充电倍率有哪些研发难点?
电池的充电或放电倍率对电池带来巨大的影响。电池设计人员必须在充电倍率、电池稳定性、使用寿命之间取得平衡。一般来说,高容量材料(例如镍含量高的锂镍锰钴氧化物)往往降解得更快,而容量较低、更稳定的材料(例如磷酸铁锂)的使用寿命更长,充电倍率还要考虑电池的材料。
在理想情况下,电池可以不断提高充电倍率。但是,充电倍率越高,电池就越难提供可靠的性能。较高的充电倍率会增加电池的退化速度,从而缩短续航里程并缩短使用寿命。更快的充电速度还会导致危险的枝晶形成。这些枝晶会损害电池的内部结构,导致电池故障,在某些极端情况下还会引起火灾,因此早期的电动车充电倍率都在2C以下。
枝晶是纯锂在隔膜内形成的根状结构,在电池充电时从阳极开始向阴极生长。它们在生长过程中会从内部撕裂电池。当枝晶一直延伸到阴极时,会导致电池短路并失效。众所周知,枝晶也会在传统锂离子电池中形成,对于锂离子和锂金属电池,更高的充电速率会成倍增加枝晶形成的可能性。
此外,充电倍率增加后,快速充电意味着电池的内阻会产生过多的热量,这些热量必须散发到环境中。当以高电流进行充电时,如果电池内部产生的热量无法快速排出,温度会迅速上升,这都是提高充电倍率时,厂家遇到的难题,要解决这些问题并不容易。
快充代表厂家:3C--广汽埃安,5C--小鹏、岚图,5.5C--极氪,10C--比亚迪,如今比亚迪的充电倍率已经达了10C,设计了高速离子通道,就像从电池正极到负极搭起了高速公路,使电解质中的离子传输速度更快,隔膜的阻力更小,新开发的10C电池将电池内阻降低了50%,产生较少的热量,防止枝晶形成,充电电流达到1000A,实现更快的充电速度。
观点:电动车在过去10年经历了快速的发展,从续航200公里以内到如今的接近1000公里,充电时间从几个小时缩短到几分钟,充电时间问题和电池容量问题都在慢慢解决,让电动车的续航和补能更接近传统燃油车,大家觉得电动车的充电速度还会进一步加快吗?欢迎讨论。